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地质作用

北宋时期沈括(1031-1095)所着的《梦溪笔谈》中“谷中大水冲激,沙土尽去,惟巨石岿然挺立耳。”指出河流对地表的巨大改造作用,他还根据太行山麓岩石中所含的螺蚌化石,判断这里曾经是大海之滨,发生了沧海桑田的变迁。可见,从我们的先辈起,就对地球的不断演变有了明确的认识。由自然动力引起的地壳物质成分、内部构造和地表形态发生改变的作用,统称为地质作用。按照引起地质作用的动力来源,地质作用分为外力地质作用和内力地质作用两大类,前者包括了不易察觉的河流、湖泊、风、冰川、海洋以及地下水等各种复杂的作用;后者囊括了岩浆活动、地幔对流等众多地球深部的各种巨大的改造作用,让我们逐步揭去地质作用的神秘面纱,看看地球是怎样发生变化的。

图3-16 ?地质作用与岩石循环示意图

一、外力地质作用

外力地质作用是以太阳能以及日月引力能为能源并通过大气、水、生物等因素引起的地质作用,包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用。

1、风化作用

风化作用是指在地表或近地表环境下,由于气温、大气、水及生物等因素作用,使地壳或岩石圈的岩石、矿物在原地遭受分解和破坏的地质作用。风化作用使地表岩石变得松软或破碎,如花岗岩球形风化。它为剥蚀作用创造条件,是外力地质作用的前导。根据风化作用的因素和性质,将其分为物理风化作用,化学风化作用和生物风化作用等三种类型。

图3-17? 花岗岩球形风化作用——物理风化作用(宝天曼景区)

图3-18? 植物根系的生物风化作用(宝天曼景区)

2、剥蚀作用

剥蚀作用是指各种地质营力(如风、水、冰川等)在其运动过程中对地表岩石产生破坏并将破坏物剥离原地的作用。剥蚀作用不断破坏和剥离地表物质,使地表形态发生改变,形成新的地形。剥蚀作用按方式可分为机械剥蚀作用、化学剥蚀作用和生物剥蚀作用。按地质营力类型又可分为地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川及风的剥蚀作用等。当这种剥蚀作用沿构造面表现十分强烈时,称为“构造侵(剥)蚀”,构造侵(剥)蚀是塑造大自然千姿百态地貌风光的主营力。

图3-19? 沿垂直节理构造剥蚀形成的峰墙(宝天曼骆驼峰)

3、搬运作用

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图3-20? 泥石流搬运遗迹(宝天曼古檀沟)

搬运作用是指经风化作用、剥蚀作用剥离下来的产物,被外营力搬往他处的过程,是自然界塑造地球表面的重要作用之一。搬运作用与剥蚀作用是紧密联系在一起的,物质剥离原地的同时也是其进入搬运状态的时刻。外营力包括水流、波浪、潮汐流和海流、冰川、地下水、风和生物作用等。不同营力有不同的搬运方式,主要有推移(滑动和滚动)、跃移、悬移和溶移等。在搬运过程中,风化物的分选现象以风力搬运为最好,冰川搬运为最差。

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4、沉积作用

沉积作用是指各种营力搬运的物质,在介质动能减小或物化条件发生改变以及生物作用下,在新的场所沉淀、堆积下来的过程。沉积作用的场所常是能使介质动能减小或物化条件变化的地方,如山坡脚、冲沟口、河口、海洋、湖泊等。沉积作用也具有机械、化学和生物沉积作用等三种方式。按营力又可分为地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川和风的沉积作用。

图3-21? 地表河流沉积作用形成的上白垩统陆相碎屑岩红层(夏馆—七里坪一带)

5、成岩作用

成岩作用是指使松散沉积物固结形成沉积岩的作用。各种沉积物最初都是松散的,在漫长的地质时期中逐渐堆积,较新的沉积物覆盖在较老的沉积物之上,沉积物逐渐加厚,早期沉积物深埋在下,由于上面的沉积物的压力,下部沉积物逐渐被压实;同时由于孔隙水的溶解和沉淀作用,使颗粒互相胶结在一起;而且部分颗粒发生重结晶,松散的沉积物固结成为岩石。

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图3-22? 固结成岩作用保留在白垩系红层中的波痕和龟裂

二、内力地质作用

地球表面之所以有高原和盆地的差异,就是因为有内力地质作用。内力地质作用是以地球内能为能源并主要发生在地球内部,能促使整个地壳物质成分、地壳内部结构、地表形态发生变化的地质作用。它主要包括:地壳运动、岩浆作用(包括火山)、变质作用和地震作用。

1、地壳运动

地球诞生以来,地壳就在不停运动,主宰着海陆的变迁,这也造就了地表千变万化的地貌形态。由内营力引起地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动叫地壳运动,又称构造运动。按运动方向可分为水平运动和垂直运动。水平运动指组成地壳的岩层沿平行于地表方向的运动,也称造山(或褶皱)运动;相对方向的水平运动常形成褶皱山系,相反方向的水平运动常形成裂谷、海沟等。垂直运动是指组成地壳的岩层作垂直于地表的运动,又称升降(或造陆)运动;它使岩层表现为隆起和相邻区的下降,导致了地表地势的高低起伏和海陆变迁。褶皱与断裂构造分别是水平运动与垂直运动的表现形式。

(1)褶皱构造

当岩层受到地壳运动产生的强大挤压作用时,便会发生弯曲变形,这叫做褶皱。地壳发生褶皱隆起,常常形成山脉,如喜马拉雅山、阿尔卑斯山、安第斯山等,都是褶皱山脉。褶皱有背斜和向斜两种基本形态。背斜岩层一般向上拱起,向斜岩层一般向下弯曲。在地貌上,背斜常成为山岭,向斜常成为谷地或盆地。但是,不少褶皱构造的背斜顶部因受张力,容易被侵蚀成谷地,而向斜槽部受到挤压,岩性坚硬不易被侵蚀,反而成为山岭。

图3-23? 背斜成谷向斜成山示意图

图3-24? 古元古界秦岭岩群中发育的平卧褶皱

(2)断裂构造

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图3-25? 内乡马山口附近商丹断裂带通过部位断裂构造遗迹

断裂构造是岩层或岩体受地应力作用发生破裂变形而形成的构造。它在地壳中分布很广泛。根据破裂面两侧岩块是否具有相对位移可将断裂构造分为节理和断裂两大类型。两侧岩块沿破裂面无明显位移的断裂构造被称为节理;两侧岩块沿断裂面产生明显位移的断裂构造被称为断层。在地貌上,断层一侧上升的岩块,常成为块状山地或高地,如我国的华山、庐山、泰山;另一侧相对下沉的岩块,则常形成谷地或低地,如我国的渭河平原、汾河谷地。在断层构造地带,由于岩石破碎,易受风化侵蚀,常常发育成沟谷、河流。

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2、岩浆作用

岩浆是地下深处主要由硅酸盐组成的高温熔融体,当岩浆产生后,在通过地幔和地壳上升到地表或近地表的途中,发生各种变化的复杂过程称为岩浆作用。从岩浆侵入到围岩(未喷出地表)并冷凝结晶形成岩石的全过程,称侵入作用,形成的岩石称侵入岩,内乡宝天曼地区的花岗岩主要是j加里东期岩浆侵入活动的产物。当岩浆喷出地表,在地表的条件下冷凝形成岩石并使地表形态发生变化的过程称火山作用(喷出作用),形成的岩石称火山岩(喷出岩),在区内朱阳关—夏馆断裂带以北地质公园及其周边出露的早古生界二郎坪群保留有距今约4.63~4.75亿年海底火山喷发活动的遗迹。

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图3-26? 岩浆作用图解

3、变质作用

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图3-27? 变质作用图解

变质作用是指在地下特定的地质环境中,由于物理、化学条件的改变,使原来的岩石(包括沉积岩、岩浆岩及变质岩)基本上在固体状态下发生物质成分与结构、构造变化,从而形成新的岩石的地质作用。变质作用通常是在地表以下较高的温度和压力条件下进行的,并且常常有化学活动性流体参加作用。

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4、地震作用

地震是构造运动的一种表现形式,是地壳的一种快速运动。当地表下的岩石受力产生变形,在变形的过程中,机械能就不断地累积,当积累到一定的限度时(岩石的破裂极限),岩石就会发生破裂,在破裂的同时,大量的机械能就会释放出来,地壳受到猛烈冲击而发生震动,从而产生地震。

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图3-28? 2008年5·12汶川地震形成的山体崩塌和堰塞湖